Autor:

Luiz Paulo Gomes

Engenheiro de Equipamentos de Petróleo pela

PETROBRAS e diretor da IEC – Instalações e Engenharia de Corrosão Ltda.

 

1. Introdução

A proteção catódica é uma técnica conhecida, consagrada e obrigatória nas atividades de proteção contra a corrosão e garantia de integridade de todas as instalações de aço que precisam operar enterradas ou submersas, como os oleodutos, gasodutos, adutoras, minerodutos, alcooldutos, polidutos, tanques de armazenamento, instalações portuárias, estacas de aço de píeres de atracação de navios, plataformas de petróleo, navios e embarcações de um modo geral [7].

Mais recentemente, a partir dos anos 70/80, essa técnica começou a ser utilizada também para a proteção contra a corrosão de armaduras de estruturas de concreto, tanto as carbonatadas quanto as contaminadas por cloretos. Isso foi possível devido ao desenvolvimento de anodos especiais, do tipo galvânico (proteção catódica galvânica) ou do tipo inerte (proteção catódica por corrente impressa), com formatos e dimensões apropriados para serem instalados dentro do concreto [12].

Atualmente, devido aos modernos e eficientes anodos disponíveis no mercado, a técnica de proteção catódica está sendo cada vez mais utilizada durante a construção de novas obras ou por ocasião dos serviços de reabilitação de obras já comprometidas por corrosão[3].

Nesse artigo vamos tratar, em especial, dos anodos galvânicos de zinco, também conhecidos como anodos galvashield, utilizados nos serviços de reabilitação de estruturas de concreto com problemas de corrosão causados pela ação de cloretos, fenômeno muito comum de ocorrer ao longo de toda a costa brasileira.

Importante observar que, nesses casos, onde a estrutura de concreto já está impregnada com água e cloretos, os serviços de reabilitação, recuperação e reforço somente são eficientes quando utilizam esses anodos de proteção catódica [2], [5].

 

2. Principais Aplicações dos Anodos de Proteção Catódica em Estruturas de Concreto

Os anodos Galvashield de proteção catódica são utilizados para a proteção contra a corrosão de diversas obras de concreto, durante os serviços de construção ou por ocasião dos trabalhos de reabilitação e recuperação estrutural. As principais aplicações dos anodos são as seguintes:

1) Estruturas de concreto de um modo geral, contaminas por CO2 ou por cloretos.

2) Estacas e estruturas de concreto no mar e instalações portuárias de um modo geral.

3) Edifícios residenciais e comerciais de um modo geral, em especial os influenciados pela orla marinha.

4) Estações de tratamento de água, esgotos e efluentes.

5) Monumentos históricos, estádios de futebol, tanques e aquários.

6) Estruturas de concreto, túneis e edificações construídas nas proximidades de ferrovias eletrificadas [1].

 

3. Corrosão nas Armaduras e Procedimento de Instalação dos Anodos

As equações de corrosão mostram claramente que, depois de absorvidos pelo concreto, os ions cloro (Cl-) não são consumidos durante as reações, permanecendo indefidamente impregnados na estrutura e causando grandes estragos se providêncis não forem tomadas em tempo hábil [7].

Fig. 01 – Dois exemplos de corrosão em armaduras, causada pela absorção de cloretos. Nesses casos os serviços de reabilitação precisam ser complementados com a instalação dos anodos galvashield de proteção catódica, única maneira de evitar que a corrosão volte com força total [8].

 

Fig. 02 – Esquema de instalação dos anodos galvânicos para a proteção das armaduras. Os anodos são instalados durante os serviços de reabilitação ou durante a construção de uma nova obra, quando as armaduras estão expostas. Notar que os anodos para essas aplicações são fornecidos com um envelopamento de argamassa condutora com pH igual ou superior a 14 (para se manterem ativos dentro do concreto) e um arame de aço (para que sejam simplesmente amarrados às armaduras). A finalidade dos anodos é energizar suavemente as armaduras, de modo a eliminar o funcionamento das pilhas de corrosão e garantir a integridade da estrutura [3].

 

Fig. 03 – Quatro exemplos de estruturas de concreto contaminadas por cloretos, que experimentaram serviços de reabilitação sem a instalação dos anodos, e onde a corrosão voltou com força total, em muito pouco tempo. Serviços de reabilitação e recuperação nessas condições somente são eficientes e definitivos se executados com a instalação dos anodos.

 

4. Anodos para serem instalados durante os serviços de reabilitação da estrutura de concreto (Galvashield XP, DAS, CC e SM-DAS)

Os anodos galvânicos ou anodos galvashield são fabricados em vários tipos, formatos e dimensões, sendo importante que se conheça as principais aplicações de cada um deles. Todos esses anodos são fornecidos com massa anódica de zinco puro (igual ou superior a 99,9%), recobrimento de argamassa condutora com pH igual ou superior a 14 e devem ser adquiridos de fabricante tradicional, de confiança e que forneça todos os certificados de qualidade e garantia necessários, conforme ASTM B418 [15].

Os principais tipos e aplicações dos anodos são os seguintes:

4.1 Anodos para instalação nos locais onde as “armaduras estão aparentes” (Galvashield XP e DAS)

a) Anodos Galvashield XP: Trata-se de anodos galvânicos para proteção contra a corrosão de armaduras de estruturas de concreto, apropriados para os serviços de reabilitação e para serem instalados durante a construção de novas obras, onde as armaduras estão aparentes.

b) Anodo Galvashield DAS: Esses anodos são apropriados para serem instalados durante os serviços de reabilitação ou durante a construção de novas estruturas, possuem formato alongado, comprimento aproximado de um metro ou mais e são utilizados principalmente em regiões com grandes densidades de aço e altos teores de cloretos.

 

Fig. 04 – Dois exemplos de instalação de anodos galvânicos Galvashield XP durante os serviços de reabilitação de uma estrutura de concreto. Esse tipo de instalação é sempre necessário em estruturas influenciadas pelo ambiente marinho ou por CO2 e garante proteção contra a corrosão das armaduras, qualquer que seja a extensão do nível de absorção de cloretos ou de carbonatação. Os serviços de reabilitação não devem ser feitos sem a instalação dos anodos, sob pena da corrosão voltar com força total, devido ao conhecido e muitas vezes negligenciado Efeito Halo [8].

 

Fig. 05 – Dois exemplos de instalação de anodos Galvashield DAS (peças verdes) durante os serviços de recuperação estrutural dos pilares de concreto de um edifício residencial nas proximidades do mar. As armaduras sofreram sérios problemas de corrosão, situação muito comum de ocorrer em construções desse tipo nas proximidades da orla marinha. A instalação dos anodos durante os serviços de reabilitação garante proteção integral das armaduras, qualquer que seja o teor de cloretos absorvido pelo concreto.

 

4.2 Anodos para Instalação nos Locais Onde as “Armaduras Não Estão Aparentes” (Galvashield CC e SM-DAS).

Nos locais onde a corrosão ainda não aflorou, as armaduras não estão aparentes e os potenciais das armaduras em relação ao concreto mostram que já existe corrosão ativa, torna-se necessário instalar anodos cilíndricos em forma de bastão, que são embutidos em pequenos furos no concreto.

Para a verificação da ocorrência ou não de corrosão ativa devemos medir os potenciais das armaduras em relação ao concreto e interpretar os valores medidos da seguinte maneira [14]:

• Potenciais armadura/concreto iguais ou mais negativo que -350mV (alto risco de corrosão, 90% de probabilidade da ocorrência de corrosão ativa, necessidade de instalar os anodos antes que o produto de corrosão comece a escorrer e o concreto comece a estufar, fissurar e delaminar).
• Potenciais armadura/concreto entre -350mV e -200mV (maior ou menor probabilidade de ocorrência de corrosão ativa. Necessidade de atenção. Se os potenciais estiverem próximos a -350mV os anodos já devem ser instalados.
• Potenciais armadura/concreto menos negativos que -200mV (baixo risco de corrosão, 90% de probabilidade de não haver corrosão ativa. A instalação dos anodos não é necessária nesses locais). As medições dos potenciais são utilizadas, também, para a monitoração das armaduras após a instalação doa anodos, da seguinte maneira [8]:
• Para os sistemas galvânicos o critério de proteção catódica é o de uma variação igual ou maior que 100mV no valor do potencial armadura/concreto, mediante medições feitas antes e depois da instalação dos anodos.
• Para os sistemas por corrente impressa essa variação de 100mV deve ser obtido pela comparação entre o valor medido imediatamente após o desligamento do retificador (potencial “Instant OFF”) e o valor medido após a despolarização completa da armadura.
• Em estruturas protendidas, para evitar-se riscos de fragilização por hidrogênio, os potenciais devem ficar menos negativos que -900mV (Cu/CuSO4).

 

Fig. 06 – Medição de potencial das armaduras em relação ao concreto com o auxílio de um voltímetro de alta impedância e um eletrodo de referência de Cu/ CuSO4. Mediante interpretação dos valores medidos consegue-se mapear as regiões de corrosão ativa e definir os locais para o embutimento dos anodos galvânicos Galvashield CC, sem a necessidade de quebrar o concreto.

 

Fig. 07 – Instalação de anodos galvashield CC em pilar de viaduto, embutidos em furos, sem a necessidade de quebrar o concreto, para eliminar a corrosão das armaduras nos locais onde as medições dos potenciais indicaram a presença de corrosão ativa. Essa é uma solução eficiente e definitiva para um problema muito comum de ocorrer em pontes e viadutos de um modo geral. Nesses casos, não devemos esperar que a corrosão aflore e exija serviços onerosos de reabilitação.

 

Fig. 08 – Anodos galvânicos Galvashield SM-DAS em fase de instalação sobre a superfície e sem a necessidade de quebrar ou furar o concreto. A instalação é feita nos locais de corrosão ativa, identificados através das medições dos potenciais, ou nos locais onde o concreto foi recuperado mas os anodos XP ou DAS não foram instalados, por esquecimento ou por falta de tempo hábil.

 

a) Anodos Galvashield CC: Anodos galvânicos para proteção contra a corrosão de armaduras de estruturas de concreto, próprios para serem instalados durante os serviços de reabilitação, nos locais onde as armaduras não estão aparentes mas já existe corrosão ativa, fabricados em formato de bastão cilíndrico e apropriados para serem embutidos em pequenos furos no concreto.

b) Anodos Galvashield SM-DAS: Anodos galvânicos para proteção catódica contra a corrosão de armaduras de estruturas de concreto, próprios para serem instalados sobre a superfície, sem a necessidade de furar ou quebrar o concreto.

 

5. Reabilitação de estacas de concreto no mar

Para os serviços de recuperação de estacas de concreto no mar, na zona de variação de marés, zonas de respingos e regiões aéreas, utiliza-se um sistema especial de formas para permitir a instalação dos anodos galvashield, de acordo com a especificação abaixo:

Sistema Galvashield Jacket para Instalação Dentro do Mar: Sistema de enjaquetamento de estacas de concreto, durante os serviços de reabilitação no mar, para proteção catódica contra a corrosão das armaduras das partes submersas, zona de variação de marés, zonas de respingos e regiões aéreas, com a utilização de anodos de zinco com grau de pureza igual ou superior a 99,9%, colocados dentro de uma jaqueta modular de PVC ou fibra de vidro que permanece no local, permitindo que o espaço seja preenchido com concreto ou argamassa. A finalidade da jaqueta é simplesmente servir de forma para permitir a instalação dos anodos, sem função estrutural ou de impermebialização.

 

6. Reabilitação de pilares de concreto para instalação fora do mar

Quando os pilares a serem recuperados estão fora do mar o procedimento é o mesmo utilizado para as estacas de concreto no mar, de acordo com o seguinte:

 

Fig. 09 – Instalação do sistema de anodos e jaquetas Galvashield Jacket para a proteção de armaduras de estacas de concreto na zona de variação de marés. Essa é uma solução de eficiência comprovada e definitiva para os problemas de corrosão em estacas de concreto no mar. A instalação dos anodos, nesses casos, é a única maneira de garantir a recuperação das estacas de maneira prática, segura e econômica [4]. Importante observar que praticamente todas as estacas de concreto no mar apresentam esse problema com o passar do tempo.

 

a) Sistema Galvashield Jacket Fora do Mar: Sistema de enjaquetamento de estacas de concreto, durante os serviços de reabilitação de pilares de concreto fora do mar, com a utilização de anodos de zinco com grau de pureza igual ou superior a 99,9%, colocados dentro de uma jaqueta modular de PVC ou fibra de vidro que permanece no local, permitindo que o espaço seja preenchido com concreto ou argamassa. A finalidade da jaqueta é simplesmente servir de forma para permitir a instalação dos anodos, sem função estrutural ou de impermebialização.

 

7 . Conclusões

Estruturas de concreto influenciadas por cloretos apresentam, com o passar do tempo, sérios problemas de corrosão que somente podem ser resolvidos em definitivo com a instalação dos anodos de proteção catódica.

As equações de corrosão das armaduras, nesses casos, mostram claramente que, depois de absorvidos pelo concreto, os ions cloro (Cl-) não são consumidos durante as reações, permanecendo impregnados na estrutura e causando grandes estragos, se providências não forem tomadas em tempo hábil.

Os serviços de reabilitação, necessários para a manutenção da integidade das estrutras depois de corroidas, introduzem novas pilhas de corrosão nas armaduras, causadas, em especial, pelas variações de resistividade elétrica e pH do concreto novo (que acabou de ser colocado) e do concreto já contaminado com cloretos (concreto que não foi substituído), fenômeno muitas vezes negligenciado e conhecido por Efeito Halo.

A instalação dos anodos pode ser feita durante a construção de obras novas, durante os serviços de reabilitação ou nos locais onde a corrosão ainda não aflorou mas já está ativa, o que pode ser diagnosticado pela análise das medições dos potenciais das armaduras em relação ao concreto.

O dimensionamento prático dos anodos pode ser feito através do site www.vector-corrosion, desde que se informe a área superficial das armaduras a serem protegidas, o tipo de estrutura em estudo (em fase de construção ou já com corrosão ativa), as condições locais (estrutura com carbonatação ou contaminada por cloretos) e a vida útil desejada.

Em todas as situações a experiência do especialista de corrosão é de fundamental importância para o sucesso na seleção e dimensionamento do método de proteção mais eficiente e econômico para cada caso em particular.

 

Referências Técnicas

[1] AMPP-ASSOCIATION FOR MATERIALS PROTECTION AND PERFORMANCE (Antiga NACE), AMPP SP 21427- 2023, Detection and Mitigation of Stray-Current Corrosion or Reinforced and Prestressed Concrete Structures, Set 2023.

[2] FHWA-FEDERAL HIGHWAY ADMINSTRATION, Department of Transportation, Research and Development, Long-Term Effectiveness of Cathodic Protection Systems on Highway Structures. Publication No. FHWA-RD-01-096. Georgetown Pike McLean, VA, 96 p, 2001.

[3] NACE-NATIONAL ASSOCIATION OF CORROSION ENGINEERS (Atual AMPP), NACE SP0216, Sacrificial Cathodic Protection of Reinforcing Steel in Atmospherically Exposed Concrete Strutuctures, 2016.

[4] ACI-AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, ACI PRC546-14-E706, Guide of Concrete Repair, Installation of Embedded Galvanic Anodes.

[5] IPT-INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO, ARAUJO, A.; CARDOSO, J.L.; RIBEIRO, J.L.S.; BRAGA, M.V.S.; PANOSSIAN, Z. Avaliação Laboratorial de Tecnologias de Reparo na Reabilitação de Estruturas de Concreto Armado. Conferência de Tecnologia e Equipamentos, COTEQ, Rio de Janeiro, 2019.

[6] ABRACO  –  ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CORROSÃO. ABRACO RP – CAC 001: Corrosão de Armaduras em Estruturas de Concreto – Causas, Avaliação, Diagnóstico, Prevenção e Controle. Rio de Janeiro, 53 p, 2019.

[7] IEC-INSTALAÇÕES E ENGENHARIA DE CORROSÃO, Livro Sistemas de Proteção Catódica, Segunda Edição, Rio de Janeiro, Editora Interciência, 376p., 2020.

[8] BRITISH STANDARDS BS EN ISO 12696, Cathodic Protection of Steel in Concrete, 2016.

[9] GOMES, L.P., Utilização de Anodos Galvânicos para a Proteção Catódica de Armaduras de Reforço de Estruturas de Concreto. Revista ABRACO – Corrosão e Proteção, v.16, n.67, p.39-45, 2019.

[10] GOMES, LP., Corrosão e Proteção Catódica de Armaduras de Aço, Revista IBRACON Concreto e Construções, Edição 100, Out/Dez 2020.

[11] DUTRA, A.C.; NUNES, L.P. Proteção Catódica: Técnica de Combate a Corrosão. 5. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2011. 344p.

[12] VECTOR CORROSION TECHNOLOGIES, Section 03700, Embedded Galvanic Anodos, Part 1, General, 4p, 2023.

[13] POURBAIX, M., Atlas of Electrochemical Equilibrium in Aqueous Solutions, NACE, Houston, Texas, 648p, 1974.

[14] ASTM C876-15, Standard Test Method for Corrosion Potentials Uncoated Reinforced Steel in Concrete, 2015.

[15] ASTM B418 – Standard Specification for Cast and Wrought Galvanic Zinc Anodes.

[16] ACI Repair Application Procedure (RAP) Bulletin 8 – Installation of Embedded Galvanic Anodes

[17] ACI Guideline No. 222 – Corrosion of Metals in Concrete

[18] ACI 562 – Code Requirements for Evaluation, Repair and Rehabilitation of Concrete Buildings [19] ICRI Guideline 310.1R – Guide for Surface Preparation for the Repair of Deteriorated Concrete Resulting from Reinforcing Steel Corrosion

 

O Autor

Luiz Paulo Gomes (LPgomes@iecengenharia.com.br) é diretor da IEC-Instalações e Engenharia de Corrosão Ltda., atual vice-presidente da ABRACO (2023/2024), coordenador do SC07 IBRACON/ALCONPAT (Proteção Catódica de Armaduras de Estruturas de Concreto) e autor dos livros Proteção Catódica e Sistemas de Proteção Catódica.